JP2010032434A

JP2010032434A - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JP2010032434A
Application number: JP2008196772A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Tawara; 明宏田原
Original assignee: Hitachi Kokusai Denki Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Kokusai Denki Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】簡易な構造により探触子の位置座標を得ることができ、直感的に試験対象物を走査することができる超音波探傷装置を提供する。
【解決手段】試験対象物を撮像して画像信号を出力するカメラ１６と、試験対象物に超音波を発射し、試験対象物から超音波の反射波を受信し、受信した反射波に基づいて試験対象物の内部の傷の状態を表す探傷信号を出力する探触子１１と、カメラから出力される画像信号の中から検出した試験対象物の位置座標を基準として、画像信号の中の探触子の位置座標を検出する座標検出手段２０と、座標検出手段が検出した探触子の位置座標と、探触子が検出した探傷信号に基づいて、探傷の程度を可視化するための探傷画像信号を生成し、試験対象物の画像信号と合成して出力する合成手段２０をもつ超音波探傷装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、超音波探傷装置に関し、特に、撮像画像を用いて探触子の位置座標を検出する超音波探傷装置を提供するものである。

超音波探傷装置は、試験対象物に超音波を発射させ、超音波の反射波（エコー）を試験対象物から受信し、受信した反射波に基づいて試験対象物の内部の傷の状態を探傷するものである。ここで、試験対象物の探傷結果をＣスコープ等の表示方法で表示するためには、探触子（プローブ）の位置座標を正確に検出する必要がある。

特許文献１においては、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれメカニカルな位置検出装置が用いられている。すなわち、試験対象物の探傷を行なうべく２軸走査治具上の探触子を移動することにより、現在の探触子のＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置座標を検出することができる。

特開平１１−０２３５３９号公報

しかし、特許文献１の従来技術では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のメカニカルな２軸位置検出装置が構造的に大がかりで高価となり、また、走査のために試験対象の位置合わせ、走査範囲の設定など、準備が煩雑となる等の問題がある。
本発明は、簡易な構造により探触子の位置座標を得ることができ、ユーザが直感的に試験対象物を探傷することのできる超音波探傷装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための一実施形態は、
試験対象物を撮像して画像信号を出力する撮像部と、
前記試験対象物に超音波を発射し、前記試験対象物から前記超音波の反射波を受信し、受信した反射波に基づいて前記試験対象物の内部の傷の状態を表す探傷信号を出力する探触子と、
前記撮像部から出力される画像信号の中から検出した前記試験対象物の位置座標を基準として、前記画像信号の中の前記探触子の位置座標を検出する座標検出手段と、
前記座標検出手段が検出した探触子の位置座標と、前記探触子が検出した探傷信号に基づいて、探傷の程度を可視化するための探傷画像信号を生成し、前記試験対象物の画像信号と合成して出力する合成手段と、を具備することを特徴とする超音波探傷装置である。

すなわち、試験対象物を上方から撮影するビデオカメラを設け、このビデオカメラの画像を利用して探触子のＸ-Ｙ座標位置を取得し、Ｘ-Ｙ座標位置での傷のエコーの強さや深さのデータを可視化するための探傷画像信号を試験対象物の画像信号と合成して画面表示するものである。

装置の構造を機械的に簡素化することができ、さらに、試験対象物の画像と探傷画像との合成画像をモニタしながら直感的に探傷処理を行なうことができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の一例を示す概観図、図２は、同じく超音波探傷装置の一例を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置１０は、探傷用台２５に載置された試験対象物１５に超音波を発射し超音波の反射波を検出することで探傷処理を行なう探触子１１と、この探触子１１の上方にカメラ固定用支柱２１で支持されるビデオカメラ（撮像部）１６を有している。さらに、超音波探傷装置１０は、探触子１１に超音波を発射させ超音波のエコーを受信させるパルスドライバ・レシーバ１３と、試験対象物１５の画像と探傷の程度を可視化するための探傷画像とを合成する画像合成部２０と、画像合成部２０から出力される画像信号に応じた画像を表示する表示部２６を有している。ここでは、ビデオカメラ１６は、カメラ画像信号線２４により画像合成部２０に接続され、探触子１１とパルスドライバ・レシーバ１３は探触子信号線２２で接続され、また、探触子１１と画像合成部２０とは探触開始停止スイッチ信号線２３で接続されている。

ここで、図２において、探触子１１にはスイッチ１１−１が設けられている。スイッチ１１−１は、作業者によりオン、オフ操作されるものでもよく、または、探触子１１を試験対象に接触させたときにのみオンするものでもよい。パルスドライバ・レシーバ１３は、探触子１１に超音波パルスを供給するパルス発生部３１と、探触子１１から反射波であるエコーを受信し増幅する増幅器３２と、増幅器３２からの出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ３３と、Ａ／Ｄコンバータ３３の出力にパルス受信処理を施すパルス受信処理部３４を有している。さらに、画像合成部２０は、パルス受信処理部３４からパルス信号を供給される探傷データ用メモリ４１と、探傷データ用メモリ４１と接続されさらにビデオカメラ１６が接続され、座標検出機能、画像合成機能をもつ画像処理・合成回路４２と、画像処理・合成回路４２に接続される画像メモリ４３を有している。なお、ビデオカメラ１６は、画像を連続的に取得可能であればよく、それ自体に画像記録機能を有していなくともよい。

超音波探傷装置１０において、試験対象物１５には、あらかじめ対角部２点に、ビデオカメラ１６で検出しやすい色・大きさの第１マーカ１７、第２マーカ１８を貼り付けておく。また、探触子１１の上部にもビデオカメラ１６で検出しやすい色・大きさの第３マーカ１９を設ける。なお、試験対象物１５のマーカについては、必ずしも設ける必要が無く、例えば、探傷用台２５の上に座標が明らかな凸部を設けて試験対象物１５の角部分に押し付けて固定することによっても、試験対象物１５の座標を正確に認識することができる。この方法以外にも、探傷用台２５の上に試験対象物１５の座標を明確に固定できる方法があれば、それを使用することが可能である。

（探傷処理）
次に、上記のような構成をもつ超音波探傷装置１０の探傷処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、以下の図３のフローチャートの各ステップは、回路ブロックに置き換えることができ、従って、各フローチャートのステップは、全て回路ブロックに定義しなおすことが可能である。また、図４及び図５では、探傷結果の二つの表示方法（ＡスコープとＣスコープ）について説明する。

すなわち、画像合成部２０の画像処理・合成回路４２は、試験対象物１５のカメラ画像を静止画として画像メモリ４３に取り込み、図６に示すように、試験対象物１５の画像Ｍを第１レイヤーＡに書き込む（ステップＳ１１）。次に、画像処理・合成回路４２は、座標検出の機能をもっており、ビデオカメラ１６から供給される画像信号に含まれる試験対象物１５上の第１マーカ１７，第２マーカ１８、第３マーカ１９の画像を、画像メモリ４３に格納している第１マーカ１７，第２マーカ１８、第３マーカ１９のサンプル画像と比較して一致箇所を見つけ出すことで、第１マーカ１７，第２マーカ１８の座標位置を検出する。画像処理・合成回路４２は、この第１マーカ１７，第２マーカ１８を基準点として、さらに、第３マーカ１９の座標位置を検出する（ステップＳ１２）。

画像処理・合成回路４２は、第２レイヤーＢを初期色（濃いグレー等）にして、図５に示すように、第１レイヤーＡの試験対象物１５の画像を適当な透過率の透過画像として合成処理を行ない、表示部２６に表示する（ステップＳ１３）。さらに、画像処理・合成回路４２は、第２レイヤーＢにカメラ画像で捕らえた探触子１１の第３マーカ１８の位置を、初期色（白等）で表示する（ステップＳ１４）。

この結果、試験前の画面として、図６に示すように第１レイヤーＡの試験対象物１５の画像Ｍと第２レイヤーＢの初期色の画像が合成されて、図８の画面２６−１のような画像が表示される。この画面２６−１において、第１マーカ１７、第２マーカ１８、第３マーカ１９に該当する画像が示される。

さらに、画像処理・合成回路４２は、探触子１１のスイッチ１１−１が押されていることを認識すると、探傷処理を開始する（ステップＳ１５）。そして、画像処理・合成回路４２は、図７に示すように、第２レイヤーＢの表示ポイントを、取得した探傷距離の程度に応じた色に可視化した探傷映像を軌跡を描いて表示更新する。そして、現在の座標位置、傷エコー強さＦと傷までの距離を探傷データ用メモリ４１に位置座標と共に更新して記録する（ステップＳ１６）。

ここで、図４及び図５を用いて、取得した探傷信号が示す探傷距離に応じた色を表示する処理について説明するべく、ＡスコープとＣスコープの関係を説明する。図４は、パルスドライバ・レシーバ１３のエコーの受信波形を示し、Ａスコープと呼ばれる。横軸が時間、縦軸が信号の強さを示す。パルスドライバ・レシーバ１３のパルス受信処理部３４は、パルス発生部３１が試験対象物１５に対して発射した入射パルスＴに対し、中間付近にある傷による反射波（エコー）Ｆ、試験対象の底面の反射波（エコー）Ｄを検出する。傷までの距離Ｌすなわち傷の深さはＴ-Ｆ間の時間、傷の大きさはＦの高さＨで推定できる。このように、Ａスコープの表示は、不慣れなユーザにとって、試験対象物１５にどのような傷が存在するかを直感的に判断することは難しいものである。

一方、Ｃスコープと呼ばれる表示方法では図５に示すように、傷の大きさを示す反射波Ｆの高さＨに着目し、走査によって得られたＸ-Ｙの座標位置に応じた反射波Ｆの高さＨを、画像の輝度データに変換して平面上に並べて表示する。これにより、試験対象物１５を上からみた際の傷の位置を表示した画像が得られ、傷の位置や大きさ、形状が不慣れなユーザにとっても直観的に判別可能になる。ここで、Ｃスコープを得るには、正確なＸ-Ｙの平面座標データが必要であり、上述したような画像処理・合成回路４２による第１マーカ１７，第２マーカ１８、第３マーカ１９を用いた座標検出処理が必要となる。

画像処理・合成回路４２の働きにより、試験途中の画面２６−２が図９に示すように表示される。探傷処理が行なわれた領域についてＣスコープに対応した表示領域が軌跡を描いて示され、ここでは、４箇所の傷があることが直感的に理解できる。探傷処理が済んでいない領域は、試験対象物１５をビデオカメラ１６で取得した画像が描かれている第１レイヤーＡに基づく初期色（濃いグレー等）で表示されている。

次に、パルスドライバ・レシーバ１３が探触子１１の座標に予め設定した座標分解能以上の移動を検出すると（ステップＳ１７）、画像合成部２０は、前の座標での表示更新は最後の表示色で表示したまま更新を停止し、現在の座標位置は、探傷処理により表示を更新して表示すると共に、傷エコー強さＦと傷までの距離を探傷データ用メモリ４１に記録する（ステップＳ１８）。探触子１１が試験対象物１５の全ての表面について探傷処理を行なった後は、画像合成部２０の働きにより、図１０に示すように、試験対象物１５の表面の全てについて探傷の程度を可視化した探傷映像（Ｃスコープに対応）が描かれた表示領域となる。

このように、本発明に係る一実施形態である超音波探傷装置においては、探触子１１の側面もしくは操作しやすい場所にスイッチ１１−１を設け、スイッチ１１−１をオンしている間は探傷処理を行い、座標位置に応じた垂直方向の探傷データを取得していく。そして、傷の平面方向の位置を得るために、エコーの強さを輝度情報に変換し、試験対象物１５の画像に逐次重ね書きしていく。スイッチ１１−１がオフされると、探傷処理の重ね書きを停止することで、図９のような走査途中の画像を得ることができる。ユーザは、表示部２６の画面において試験対象物１５の全領域を塗りつぶしていく塗り絵の感覚で探傷処理を手動で進めていく。従って、探触子１１により、始めは荒く走査し、傷の位置が特定できたら荒く走査した付近を細かく走査するといった操作が可能になる。

（本発明の構成をもたない装置との比較）
次に、本発明の一実施形態である超音波探傷装置１０と、上述したビデオカメラ１６による座標検出の機能をもっていない装置との比較を以下に考察する。すなわち、一般に超音波探傷装置は、図１１に示すような構造をもっている。図１１に示す装置は、探触子１０１をＸ-Ｙ方向に走査・移動させるＸ-Ｙステージ１０２と、探触子に超音波を発射させ超音波のエコーを受信させるパルスドライバ・レシーバ部１０３と、Ｘ-Ｙ座標に応じた超音波エコーのデータを蓄積して試験対象物１０５の探傷状況を表示する画像表示部１０４から構成される。

このように、金属や樹脂などの材料でできた部品の内部のクラックやボイドなどの傷を非破壊検査する超音波探傷器は、探触子１０１をＸ-Ｙ方向に操作・移動させて傷の位置を検出し表示する方法が一般的である。しかし、走査のための構成、すなわち、Ｘ-Ｙステージ１０２が大がかりで高価となることや、走査のために試験対象の位置合わせ、走査範囲の設定など準備煩雑となるなどの欠点がある。

上述した本発明の一実施形態に係る超音波探傷器１０においては、このような機械的に大掛かりとなるＸ-Ｙステージがない。Ｘ-Ｙステージの代わりに、試験対象物の上部から撮影するビデオカメラ１６を設け、このビデオカメラ１６の画像を利用して探触子のＸ-Ｙ座標位置を取得し、Ｘ-Ｙ座標位置での傷のエコーの強さや深さのデータを取得して画像化し、試験対象物の画像と合成して表示している。

なお、この実施形態では、傷による反射の大きさを色や輝度に変換して水平面の探傷結果をＣスコープで表示しているが、各座標位置での傷からの反射時間（距離）の情報も取得することが可能であり、垂直方向の座標情報も加えた３Ｄ表示の探傷結果を表示することも好適である。

本発明の実施形態によれば、上述したように、設定した全領域をリアルタイムに塗りつぶすような感覚で、探傷処理を行なった領域を広げていき、試験対象物１５の全領域の探傷処理を行なうことができる。また、粗探査と詳細探査を状況に応じてすぐに使い分けができ、直感的な操作で探傷処理が可能である。その結果、検査時間の短縮に効果があり、また特に経験や深い知識を必要とせず探傷処理を進めることができる。

また、本発明の実施形態は、超音波探傷装置の走査及び探傷結果の表示の用途以外にも、例えば、医療用超音波診断装置とカメラを組み合わせた操作方法や探触子を近磁界プローブに置き換えた、電子機器の不要輻射電磁波の強度をスキャンする装置の操作方法にも応用することができる。

以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、これらの記載により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の一例を示す概観図。同じく超音波探傷装置の一例を示すブロック図。同じく超音波探傷装置の探傷走査処理の一例を示すフローチャート。同じく超音波探傷装置のＡスコープの一例を示す説明図。同じく超音波探傷装置のＣスコープの一例を示す説明図。同じく超音波探傷装置の複数のレイヤー毎の試験前の画像生成の一例を示す説明図。同じく超音波探傷装置の複数のレイヤー毎の試験後の画像生成の一例を示す説明図。同じく超音波探傷装置の試験前の画面表示の一例を示す説明図。同じく超音波探傷装置の試験途中の画面表示の一例を示す説明図。同じく超音波探傷装置の試験完了の画面表示の一例を示す説明図。Ｘ軸Ｙ軸の駆動機能をもった超音波探傷装置の構成の一例を示す説明図。

符号の説明

１０…超音波探傷装置、１１…探触子、１２…、１３…パルスドライバ・レシーバ、１４…表示部、１５…試験対象物、１６…ビデオカメラ、１７…第１基準マーカ、１８…第２基準マーカ、１９…探触子、２０…画像合成部、２１…カメラ固定用支柱、２２…探触子信号線、２３…探触開始停止スイッチ信号線、２４…カメラ画像信号線、２５…探傷用台、２６…表示部、３１…パルス発生部、３２…増幅器、３３…Ａ／Ｄコンバータ、３４…パルス受信処理部、４１…探傷データ用メモリ、４２…画像処理・合成回路、４３…画像メモリ、１０１…探触子、１０２…Ｘ−Ｙ走査ステージ、１０５…試験対象物。

Claims

試験対象物を撮像して画像信号を出力する撮像部と、
前記試験対象物に超音波を発射し、前記試験対象物から前記超音波の反射波を受信し、受信した反射波に基づいて前記試験対象物の内部の傷の状態を表す探傷信号を出力する探触子と、
前記撮像部から出力される画像信号の中から検出した前記試験対象物の位置座標を基準として、前記画像信号の中の前記探触子の位置座標を検出する座標検出手段と、
前記座標検出手段が検出した探触子の位置座標と、前記探触子が検出した探傷信号に基づいて、探傷の程度を可視化するための探傷画像信号を生成し、前記試験対象物の画像信号と合成して出力する合成手段と、を具備することを特徴とする超音波探傷装置。
前記合成手段は、前記位置座標と前記探傷信号とに基づいて、前記探触子が前記試験対象物の上を探傷した軌跡を可視化するための前記探傷画像信号を生成することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
前記探触子は、スイッチを有しており、前記スイッチがオンされると、前記合成手段は、前記試験対象物に対する探傷処理を開始し、前記スイッチがオフされると、前記試験対象物に対する探傷処理を終了することを特徴とする請求項１または２記載の超音波探傷装置。